光纤中的随机散射现象凭借其在不同应用场景中的重要影响成为了一个非常热门的研究主题，但到目前为止，还没有理论方法能够准确描述光纤中散射现象的随机性及其影响。文章提出一种能够分析光纤散射现象随时间和散射点位置随机变化的较为准确的数值模型，并用该数值模型分析了分布式拉曼放大系统中的瑞利散射和自发拉曼散射噪声的频谱。之后，将仿真分析结果与现有模型的仿真分析结果和实验测量的结果进行了对比分析。文中模型计算得到的功率密度谱与实验结果误差在5 dBc/Hz以内，而现有模型在高频区的误差往往>10 dBc/Hz，说明文中结果与实际测量结果相比误差更小，证明了模型的准确性。文中模型可作为一种分析优化分布式光纤系统，特别是分析具有分布式光放大的系统的工具，例如具有双向拉曼放大的超长跨距光纤电力通信系统、光纤传感器系统以及光纤随机反馈激光器等。

搭建一个双向拉曼放大超长跨距光纤传输系统，在接收端采用非线性补偿算法来补偿因传输距离长和入纤光功率高所带来的光纤非线性效应,并通过实验成功实现了10 Gbaud/s 16正交幅度调制(QAM)信号的传输，传输距离为300 km。仿真和实验结果表明，通过采用非线性补偿算法，接收端信号的性能相比未使用非线性补偿算法时提高了2 dB。证明了非线性补偿技术在超长跨距光纤传输系统中是非常有效且必要的。

提出了一种应用于双向拉曼放大超长单跨距光纤传输系统的低复杂度数字背向传输算法，该算法基于在接收端电域中反向求解薛定谔方程，可以在补偿光纤传输系统中色散的同时抑制非线性效应；基于双向拉曼放大系统对算法的功率曲线等进行了优化设计，降低了算法的复杂度；搭建了一个10 Gbaud/s 正交相移键控调制的双向拉曼传输实验系统，传输距离为320 km。实验结果表明，优化后的数字背向传输算法的性能较传统算法提升了0.7～1 dB。